옥수수 재배 완성은 남아메리카, 브라질 동굴에서 발견된 고대 반재배 표본 분석 결과

by 안드레 줄리아오André Julião, FAPESP

미국 하버드 대학교 피바디 고고학 및 민족학 박물관Harvard University’s Peabody Museum of Archaeology and Ethnology에 소장된 테오신테 표본의 형태학적 특징 분석. 사진 제공: 플라비안 말라키아스 코스타

 
(2024년 12월 2일) 브라질 과학자들이 미나스제라이스 주Minas Gerais state 페루아수 계곡Peruaçu Valley에서 발견된 부분적으로 재배화한 고대 옥수수maize (Zea mays, 흔히 corn이라고 한다) 표본이 지금까지 발견된 옥수수 원산지인 멕시코에서 가장 멀리 떨어진 곳에 있다는 사실을 밝혀냈다.

이 연구 결과는 Science Advances에 게재되었다. 이번 연구는 상파울루 대학교(USP)와 브라질 농업연구공사Brazilian Agricultural Research Corporation (EMBRAPA) 소속 연구진이 주도했다.

이번 연구 결과는 현재 살아있는 식물의 유전적 증거에 기반하며, 2018년 사이언스에 발표된 논문에서 제안된 바와 같이 옥수수의 재배화가 남아메리카에서도 완료되었을 가능성을 뒷받침한다.

이번 연구에서 분석된 부분적으로 재배화한 옥수수 샘플은 미나스제라이스 연방대학교Federal University of Minas Gerais (UFMG) 소속 고고학자들이 1994년 페루아수 계곡Peruaçu Valley에서 발굴한 옥수수 이삭, 짚, 그리고 알갱이를 포함한다.

"이 샘플들은 처음에는 충분히 자라지 못한 재배 옥수수 표본으로 여겼습다. 하지만 최종 재배화 과정이 남아메리카에서 일어났을 가능성을 시사하는 유전적 증거를 바탕으로, 우리는 이 샘플을 다시 분석했고, 9,000년 전 멕시코에서 옥수수가 기원해 6,000년 전에는 브라질 남서부 아마존 지역에 전파된 조상 식물과 공통된 여러 형질을 발견했습니다."
 

아메리카 대륙 전역에 걸친 옥수수 고고학적 기록의 지리적 분포. (A) 발사스 강 계곡Rio Balsas Valley, 아마존 남서부, 페루아수 계곡Peruaçu Valley 지리적 위치 및 아메리카 대륙 전역에 걸친 옥수수 고고학적 기록(BP년)(표 S5). (B) 미나스제라이스Minas Gerais (MG) 주 페루아수 계곡에서 발굴된 옥수수 고고학적 표본의 이삭, 짚, 줄기, 암술머리 조각. (C) 미나스제라이스 주 페루아수 계곡에서 발굴된 옥수수 고고학적 표본의 낱알과 분질 배유. (D) 미나스제라이스 주 페루아수 계곡에서 발굴된 옥수수 품종 분류를 위해 특징지은 옥수수 이삭. (E) 미나스제라이스 주 페루아수 계곡에서 발굴된 고고학적 표본에서 발견된 원시적 특징을 지닌 옥수수와 완전히 재배화한 옥수수의 전형적인 이삭/이삭. 각 항목[(A), (B), (C), (D), (E)]의 이삭 사진은 동일한 크기로 제시했다. 사진 제공: Flaviane Malaquias Costa, Universidade de São Paulo.

 
루이스 데 케이로스 농과대학Luiz de Queiroz College of Agriculture (ESALQ-USP)에서 박사 과정생 및 박사후 연구원으로 재직하며 이번 연구를 수행한 제1저자 플라비안 말라키아스 코스타Flaviane Malaquias Costa는 말했다.

페루아수 계곡은 멕시코에서 약 7,150km 떨어져 있다.
오늘날 브라질 론도니아Rondônia 주와 아크레Acre 주가 위치한 남서부 아마존 지역에서 멕시코까지는 약 2,300km 거리다.
이 샘플들은 옥수수 원산지에서 가장 멀리 떨어진 곳에서 발견된 원시적인 특징을 지닌 표본이다.

고고학적 증거에 따르면 페루아수 계곡에는 약 1만 년에서 9천 년 전 사이에 인류가 거주한 것으로 보이지만, 옥수수는 불과 1,500년 전에 이 지역에 전해진 것으로 추정된다.

이곳에서 발견된 반야생 옥수수 표본은 1,010년에서 500년 전 사이 것으로, 유럽인들이 남아메리카에 도착하기 훨씬 이전 시기다.
 

하버드 대학교 피바디 고고학 및 민족학 박물관에 보존된 테오신테teosinte 표본의 형태학적 특징. 테오신테 이삭은 하위 그룹 1(A)과 2(B)로 분류되었으며, 각 그룹 주요 특징을 보여준다. (C) 테오신테 표본의 이삭 줄 수와 모양, 그리고 미나스제라이스 주 페루아수 계곡에서 발견된 원시적인 특징을 가진 이삭/이삭대 표본의 고고학적 특징을 나타낸다. 각 항목[(A)와 (B)]의 사진은 동일한 크기로 제시되었다. 사진 제공: 플라비안 말라키아스 코스타, 상파울루 대학교.

이 논문 공동 저자이자 브라질리아 EMBRAPA 유전 자원 및 생명공학 연구소 연구원인 파비오 데 올리베이라 프레이타스Fábio de Oliveira Freitas는 "이는 과거 원주민 공동체가 오늘날 남아메리카 옥수수 품종의 기원이 된 형질을 선택, 관리, 고정하는 데 얼마나 중요한 역할을 했는지 보여준다. 그들의 후손들은 지금도 이러한 노력을 이어가며 우리의 유전자원을 보존하는 데 기여한다"고 말했다. 

페루아수 계곡 동굴에서 발견된 표본들을 분석한 결과, 연구진은 이 표본들이 론도니아와 아크레 지역에 존재하는 엔트렐라사도 품종 Entrelaçado race과 밀접한 관련이 있음을 밝혀냈다.

"이 품종은 다른 개체군의 선택을 통해 남아메리카에서 유래한 품종 중 하나다. 우리 연구팀은 브라질과 우루과이 여러 지역에서 진행한 연구 프로젝트에서 이 품종의 현존하는 변종들을 발견했다"고 논문 공동 저자이자 ESALQ-USP 교수인 엘리자베스 앤 비시Elizabeth Ann Veasey가 말했다.

그녀는 코스타의 박사 학위 논문 지도교수였으며, 옥수수 재배화 연구 프로젝트 책임 연구원이기도 했다.

페루아수 계곡의 동굴에 묻힌 바구니에서 반재배 옥수수semi-domesticated maize 표본이 발견되었다. (사진 제공: 파비오 데 올리베이라 프레이타스)

조상 계통

연구진은 재배종과 반재배종domesticated and semi-domesticated specimens을 구분하기 위해 야생종인 테오신테teosinte와의 유전적 거리를 파악하는 데 도움이 되는 여러 형태학적 특징을 분석했다.

이러한 특징 중 하나는 이삭의 줄 수number of grain rows인데, 8줄 미만은 멕시코 원산의 야생 풀이자 약 9,000년 전 처음 재배되기 시작한 원시 테오신테의 전형적인 특징으로 간주된다.

남미 저지대에서 재배되는 현대 옥수수 품종은 이삭당 8~26줄 이삭을 지닌 반면, 페루아수 계곡에서 발견된 고고학적 표본은 4~6줄 이삭이다.

연구진은 옥수수 이삭, 짚, 알갱이를 포함한 296개 표본을 분석했다.
 

남아메리카 주요 저지대 생태지역의 형태학적 및 유전체 데이터를 기반으로 한 전분형 옥수수 품종floury maize races의 유전적 구조. (A) 22개 옥수수 계통(남아메리카 저지대의 전분형 옥수수 품종을 대표하는 20개 계통과 미나스제라이스 주 페루아수 계곡에서 발굴된 옥수수 고고학적 표본 2개)을 사용하여 옥수수 품종 분류를 위한 주요 기술자를 기반으로 주성분 좌표 분석(PCoA)을 수행하였다. 생성된 그래프는 K=2, K=3, K=4의 그룹 수를 고려했다. (B) 옥수수 품종의 형태학적 기술자를 사용해 Gower 지수를 기반으로 22개 옥수수 계통에 대한 Ward 군집 분석을 수행했다. *남아메리카 저지대에 대해 문헌에 기술된 브라질산 전분형 옥수수 품종(16). (C) 5313개 SNP 마커를 기반으로 근접결합법을 사용해 남아메리카 저지대 전분형 옥수수 품종을 대표하는 13개 계통에 대한 군집 분석을 수행했다. (D) 남아메리카 주요 저지대 생태지역(62, 63) 및 밀가루 옥수수 품종의 위치. 사진 제공: Flaviane Malaquias Costa, Universidade de São Paulo.

코스타 연구원은 "우리는 먼 과거에서 현재로, 고고학적 유적에서 오늘날 전통을 이어가는 사람들이 여전히 다양화하고 있는 품종과 품종에 이르기까지 여정을 떠났다. 이 전통을 이어가는 사람들이 바로 이 이야기 주인공"이라고 말했다.

현재 이 표본들은 최첨단 기술을 사용하는 해외 연구진이 고고유전학적 분석을 진행 중이며, 성공적으로 분석될 경우 페루아수 계곡에서 발견된 옥수수의 전체 게놈을 시퀀싱하고 계통수를 정밀하게 규명할 수 있을 것으로 기대헌다.

페루아수 계곡에는 세계적으로 작물 암벽화가 있는 몇 안 되는 동굴들이 있다.

동굴 벽 그림 외에도, 옥수수는 매장된 바구니에서도 발견되었는데, 이는 아마도 그곳에 묻힌 죽은 자에게 바치는 제물이었을 것으로 추정된다.

이 발견은 지정학적 의미도 지닌다.
브라질에서 옥수수 품종의 재배화가 완료되었다는 사실이 확인되면, 이러한 유전자원은 더 이상 외래종으로 간주되지 않으므로, 보존 노력과 국제 조약을 통한 재산권 협상이 필요하게 된다.

Publication details
Archaeological findings show the extent of primitive characteristics of maize in South America, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn1466. http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn1466

Journal information: Science Advances  , Science 
Provided by FAPESP